DE69811560T2 - vehicle tires - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hinsichtlich des Rollwiderstands und der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit verbesserten Fahrzeugreifen und insbesondere auf einen verbesserten Laufstreifengummi mit einem kleineren spezifischen elektrischen Widerstand sowie einem kleineren Hystereseverlust.The present invention relates to a vehicle tire improved in terms of rolling resistance and specific electrical conductivity, and in particular to an improved tread rubber with a smaller specific electrical resistance and a smaller hysteresis loss.
In den letzten Jahren ist vom Gesichtspunkt der Umweltfragen wie etwa der globalen Erwärmung die Senkung des Rollwiderstands von Luftreifen ein Hauptthema. Es sind viele Versuche unternommen worden, wobei nun durch Silika anstatt durch herkömmlichen Ruß verstärkte Laufstreifen- Gummimischungen als vorteilhaft betrachtet werden.In recent years, from the point of view of environmental issues such as global warming, reducing the rolling resistance of pneumatic tires has become a major issue. Many attempts have been made, with tread rubber compounds reinforced with silica instead of conventional carbon black now considered advantageous.
Solche Mischungen weisen sehr geringe Hystereseverluste auf, jedoch ist der spezifische elektrische Widerstand sehr hoch. Bei Verwendung von Reifen, deren Laufstreifen aus einem solchen isolierenden Gummi hergestellt sind, lädt sich die Fahrzeugkarosserie dementsprechend elektrostatisch auf, wodurch Probleme wie etwa Wagenbrand, Funkrauschen, Störung der lichtelektrischen Anlage und dergleichen entstehen.Such mixtures have very low hysteresis losses, but the specific electrical resistance is very high. When using tires whose treads are made of such insulating rubber, the vehicle body becomes electrostatically charged, which causes problems such as vehicle fires, radio noise, interference with the lighting system and the like.
Zur Lösung dieses Problems wurde vom Anmelder in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. JP-A-9-71112 ein Reifen vorgeschlagen, bei dem der Laufstreifengummi größtenteils aus einem nichtleitenden Gummi gefertigt ist, jedoch zum Entladen der statischen Elektrizität teilweise eine leitfähige Gummimischung verwendet wird, in der durch Hinzugabe einer leitfähigen Substanz aus kleinen Festkörpern wie etwa Ruß oder Metallpulver eine Leitfähigkeit hervorgerufen wird. Es ist besser, das Volumen des leitfähigen Gummis zu minimieren, um den Laufstreifen- Hystereseverlust klein zu halten. In diesem Fall muss der Rußgehalt jedoch zwangsläufig erhöht werden, um die erforderliche Leitfähigkeit zu erzielen. Im Ergebnis ist es nicht ganz einfach, hinsichtlich der Härte, der Verschleißfestigkeit und dergleichen die richtige Ausgewogenheit zwischen dem leitfähigen Gummi und dem Gummi mit geringem Hystereseverlust zu bewahren. Ferner kann der höhere Hystereseverlust des leitfähigen Gummis durch Hinzugabe von Ruß die Verbesserung des Rollwiderstands aufheben.To solve this problem, the applicant has proposed a tire in Japanese Patent Application Publication No. JP-A-9-71112 in which the tread rubber is made mostly of a non-conductive rubber, but a conductive rubber compound is used in part to discharge static electricity, in which conductivity is induced by adding a conductive substance made of small solids such as carbon black or metal powder. It is better to to minimize the volume of the conductive rubber to keep the tread hysteresis loss small. In this case, however, the carbon black content must inevitably be increased to achieve the required conductivity. As a result, it is not easy to maintain the right balance between the conductive rubber and the rubber with low hysteresis loss in terms of hardness, wear resistance and the like. Furthermore, the higher hysteresis loss of the conductive rubber by adding carbon black may cancel out the improvement in rolling resistance.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Reifen zu schaffen, dessen Rollwiderstand und Leitfähigkeit verbessert sind.It is therefore an object of the present invention to provide a tire whose rolling resistance and conductivity are improved.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Reifen einen Laufstreifengummi, dessen radial äußere Fläche die Bodenkontaktfläche des Reifens bildet, wobei der Laufstreifengummi wenigstens teilweise einen leitfähigen Gummi umfasst, der sich von der radial inneren Fläche des Laufstreifengummis zur Bodenkontaktfläche erstreckt und aus 100 Gewichtsteilen Dien-Kautschuk und 2 bis 30 Gewichtsteilen von leitfähigen kurzen Fasern, die durch Beschichten von kurzen Verstärkungsfasern mit einer leitfähigen Substanz entstanden sind, zusammengesetzt ist, wobei der leitfähige Gummi einen Volumenwiderstand von höchstens 1 · 10&sup8; Ω cm aufweist.According to the present invention, a tire includes a tread rubber whose radially outer surface forms the ground contact surface of the tire, the tread rubber at least partially comprising a conductive rubber extending from the radially inner surface of the tread rubber to the ground contact surface and composed of 100 parts by weight of diene rubber and 2 to 30 parts by weight of conductive short fibers formed by coating reinforcing short fibers with a conductive substance, the conductive rubber having a volume resistivity of at most 1 x 10⁸ Ω cm.
In Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben;In conjunction with the accompanying drawings, embodiments of the present invention will now be described in more detail;
Fig. 1(A) ist die chemische Formel einer Pyrrol-Kette;Fig. 1(A) is the chemical formula of a pyrrole chain;
Fig. 1(B) ist die chemische Formel einer Anilin-Kette;Fig. 1(B) is the chemical formula of an aniline chain;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 2 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Messverfahren für den spezifischen elektrischen Widerstand eines Reifens erläutert;Fig. 3 is a diagram explaining a measuring method for the electrical resistivity of a tire;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention;
Die Fig. 5-8 sind vergrößerte Querschnittsansichten, die jeweils ein Beispiel des leitfähigen Abschnitts davon zeigen;Figs. 5-8 are enlarged cross-sectional views each showing an example of the conductive portion thereof;
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 9 is a cross-sectional view of yet another embodiment of the present invention;
Fig. 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein Beispiel des leitfähigen Abschnitts davon zeigt;Fig. 10 is an enlarged cross-sectional view showing an example of the conductive portion thereof;
Fig. 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel des leitfähigen Abschnitts zeigt;Fig. 11 is an enlarged cross-sectional view showing another example of the conductive portion;
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht eines durch einen Extruder gebildeten Aufbaus aus einem Decklaufstreifen und einem Basislaufstreifen.Fig. 12 is a cross-sectional view of a cover tread and base tread assembly formed by an extruder.
In den Zeichnungen entsprechen die Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung einem Luftreifen, der einen Laufstreifenabschnitt 2, ein Paar axial beabstandete Wulstabschnitte 4 mit jeweils einem darin enthaltenen Wulstkern 5, ein Paar Seitenwände 3, die sich zwischen den Laufstreifenkanten und den Wulstabschnitten 4 erstrecken, eine ringförmige Karkasse 6, die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt, und einen Gürtel 7, der radial außerhalb der Karkasse 6 und innerhalb des Laufstreifengummis 9 angeordnet ist, umfasst.In the drawings, the tires according to the present invention correspond to a pneumatic tire comprising a tread portion 2, a pair of axially spaced bead portions 4 each containing a bead core 5, a pair of sidewalls 3 extending between the tread edges and the bead portions 4, an annular carcass 6 extending between the bead portions 4 and a belt 7 arranged radially outside the carcass 6 and inside the tread rubber 9.
Die Karkasse 6 umfasst wenigstens eine Kordlage, die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt und um die Wulstkerne 5 hochgeschlagen ist, um ein Paar Hochschlagabschnitte sowie dazwischen einen Hauptabschnitt zu bilden. Als Korde für die Karkasse können Stahlkorde und Korde aus organischen Fasern, z. B. aus Polyester, Nylon, Reyon, aromatischen Polyamiden und dergleichen, verwendet werden.The carcass 6 comprises at least one cord ply extending between the bead portions 4 and turned up around the bead cores 5 to form a pair of turn-up portions and a main portion therebetween. As cords for the carcass, steel cords and cords made of organic fibers, e.g. polyester, nylon, rayon, aromatic polyamides and the like, can be used.
Der Gürtel 7 umfasst die üblichen zwei Kreuzlagen oder so genannten Breaker-Lagen. Als Korde für den Breaker-Gürtel werden vorzugsweise Stahlkorde verwendet. Der Gürtel kann ferner auch eine Bandagenlage enthalten, deren Korde im Wesentlichen einen Kordwinkel von 0º zur Umfangsrichtung des Reifens aufweisen.The belt 7 comprises the usual two cross layers or so-called breaker layers. Steel cords are preferably used as cords for the breaker belt. The belt can also contain a bandage layer, the cords of which essentially have a cord angle of 0º to the circumferential direction of the tire.
Jeder der Wulstabschnitte 4 ist zwischen dem Hochschlagabschnitt der Karkassenlage und dem Hauptabschnitt gewöhnlich mit einem aus Hartgummi gefertigten Wulstfüller versehen, der sich radial nach außen verjüngt.Each of the bead portions 4 is usually provided with a bead filler made of hard rubber, which tapers radially outward, between the turn-up portion of the carcass ply and the main portion.
Der Laufstreifengummi 9 ist radial außerhalb des Gürtels 7 angeordnet und bildet den Laufstreifenabschnitt 2, wobei der Reifenlaufstreifen oder die Bodenkontaktfläche 2S durch die Außenfläche des Laufstreifengummis in radialer Richtung definiert ist.The tread rubber 9 is arranged radially outside the belt 7 and forms the tread portion 2, wherein the tire tread or ground contact surface 2S is defined by the outer surface of the tread rubber in the radial direction.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Laufstreifengummi 9 wenigstens teilweise eine leitfähige Gummimischung 10. Die leitfähige Gummimischung 10 erstreckt sich von der radial inneren Fläche zur radial äußeren Fläche des Laufstreifengummis 9 und bildet wenigstens teilweise die Bodenkontaktfläche 2S des Reifens.According to the present invention, the tread rubber 9 comprises at least partially a conductive rubber compound 10. The conductive rubber compound 10 extends from the radially inner surface to the radially outer surface of the tread rubber 9 and forms at least partially the ground contact surface 2S of the tire.
Die leitfähige Gummimischung 10 besteht aus 100 Gewichtsteilen einer Gummi-Grundmischung und 2 bis 30 Gewichtsteilen von leitfähigen kurzen Fasern, die in diese gemischt worden sind.The conductive rubber compound 10 consists of 100 parts by weight of a rubber base compound and 2 to 30 parts by weight of conductive short fibers mixed therein.
Wenn die leitfähigen kurzen Fasern 30 Gewichtsteile überschreiten, wächst die Energieabnahme zwischen diesen und dem Gummi steil an, während der Rollwiderstand nicht kleiner wird. Ferner nimmt der komplexe Elastizitätsmodul der leitfähigen Gummimischung zu, während die Wirksamkeit bei Nässe abnimmt. Dementsprechend beträgt der Gehalt an leitfähigen kurzen Fasern höchstens 30 Gewichtsteile. Wenn dieser unter 2 Gewichtsteile sinkt, wird es unmöglich, selbst eine minimal erforderliche Leitfähigkeit zu erzielen.If the conductive short fibers exceed 30 parts by weight, the energy loss between them and the rubber increases sharply, while the rolling resistance does not decrease. Furthermore, the complex elastic modulus of the conductive rubber compound increases, while the wet performance decreases. Accordingly, the content of conductive short fibers is 30 parts by weight or less. If it drops below 2 parts by weight, it becomes impossible to achieve even the minimum required conductivity.
Die leitfähigen kurzen Fasern sind durch Beschichten von kurzen Verstärkungsfasern mit einer leitfähigen Substanz entstanden.The conductive short fibers are created by coating short reinforcing fibers with a conductive substance.
Als kurze Verstärkungsfasern können verwendet werden: synthetische organische Fasern, z. B. Nylon, Reyon, Vinylon, Polyethylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, aromatische Polyamide, Polyethylenterephtalat, Polypropylen, Zellulose und dergleichen; aus Zellulose und dergleichen hergestellte pflanzliche Fasern wie etwa Zellstoff; und anorganische Fasern, z. B. Glas, Aluminium und dergleichen.As the short reinforcing fibers, there can be used: synthetic organic fibers such as nylon, rayon, vinylon, polyethylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, aromatic polyamides, polyethylene terephthalate, polypropylene, cellulose and the like; vegetable fibers made from cellulose and the like such as wood pulp; and inorganic fibers such as glass, aluminum and the like.
Um die Plastizität des fertigen Gummis zu bewahren, werden vorzugsweise organische Fasern wie etwa Nylonfasern und Zellstoff verwendet. Wegen ihrer hohen Dehnbarkeit, Elastizität und Festigkeit werden speziell Nylonfasern bevorzugt.In order to preserve the plasticity of the finished rubber, organic fibers such as nylon fibers and cellulose are preferably used. Nylon fibers are particularly preferred due to their high extensibility, elasticity and strength.
Hinsichtlich der Leitfähigkeit des fertigen Gummis werden vorzugsweise feine Fasern verwendet. Wenn die Fasern jedoch zu fein sind, neigen sie zur Verfilzung, wodurch die Dispersion der Fasern in der Mischung verhindert wird. Deshalb liegt der Durchmesser D vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 um.In view of the conductivity of the finished rubber, it is preferable to use fine fibers. However, if the fibers are too fine, they tend to felt, preventing the dispersion of the fibers in the mixture. Therefore, the diameter D is preferably in the range of 1 to 100 µm.
Die Länge L der kurzen Verstärkungsfasern liegt im Hinblick auf den Verstärkungseffekt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 6000 um. Wenn die Länge außerhalb dieses Bereichs liegt, kann die Dispersion der Fasern in der Mischung verhindert und die gewünschte Wirksamkeit nur schwerlich erzielt werden.The length L of the short reinforcing fibers is preferably in the range of 10 to 6000 µm in view of the reinforcing effect. If the length is outside this range, the dispersion of the fibers in the mixture may be prevented and the desired effectiveness may be difficult to achieve.
Das Verhältnis L/D der Faserlänge L zum Faserdurchmesser D liegt vorzugsweise zwischen 10 und 2000. Wenn L/D kleiner als 10 ist wird die Dispersion der Fasern schwierig. Wenn es größer als 2000 ist, werden durch die kurzen Verstärkungsfasern mikroskopische Gummibrüche in der Bodenkontaktfläche des Reifens hervorgerufen und nimmt die Verschleißfestigkeit ab. Ferner nehmen die sich gegenseitig berührenden kurzen Fasern übermäßig zu, was zu einer verstärkten Abnahme der inneren Energie und zu einem Anwachsen des Rollwiderstands führt.The ratio L/D of the fiber length L to the fiber diameter D is preferably between 10 and 2000. If L/D is less than 10, the dispersion of the fibers becomes difficult. If it is greater than 2000, the short reinforcing fibers cause microscopic rubber cracks in the ground contact area of the tire and the wear resistance decreases. Furthermore, the number of short fibers in contact with each other increases excessively, resulting in an increased decrease in internal energy and an increase in rolling resistance.
Als leitfähige Substanz für das Beschichten der kurzen Verstärkungsfasern können leitfähige Polymere, deren Hauptkette eine pi-Elektronen- Konjugation aufweist, wie etwa Polypyrrol, Polyanilin, Alkylenoxid und dergleichen sowie Metallsalze verwendet werden.As the conductive substance for coating the short reinforcing fibers, conductive polymers whose main chain has pi-electron conjugation, such as polypyrrole, polyaniline, alkylene oxide and the like, and metal salts can be used.
Im Hinblick auf die erforderliche Adhäsion der kurzen Verstärkungsfasern werden bevorzugt leitfähige Polymere verwendet. Wegen der beständigen Leitfähigkeit werden bevorzugt Mischungen mit einem. Polypyrrol-Gerüst oder mit einem Polyanilin-Gerüst verwendet. Eine Mischung mit einem Polypyrrol-Gerüst, wie es in Fig. 1(A) gezeigt ist, ist eine Mischung, bei der jedes Polymer eine aus Pyrrolringen 17A bestehende Pyrrolkette 17 als Hauptkette aufweist. Die Mischung mit einem Polyanilin-Gerüst ist eine Mischung, bei der jedes Polymer eine aus Anilinringen 18A bestehende Anilinkette 18 als Hauptkette aufweist, wie dies in Fig. 1 (B) gezeigt ist.In view of the required adhesion of the short reinforcing fibers, conductive polymers are preferably used. Due to the stable conductivity, mixtures with a polypyrrole framework are preferred. or having a polyaniline skeleton. A blend having a polypyrrole skeleton as shown in Fig. 1(A) is a blend in which each polymer has a pyrrole chain 17 consisting of pyrrole rings 17A as a main chain. The blend having a polyaniline skeleton is a blend in which each polymer has an aniline chain 18 consisting of aniline rings 18A as a main chain as shown in Fig. 1(B).
Wenn solche leitfähigen Polymere verwendet werden, wird zur Erhöhung der Leitfähigkeit vorzugsweise eine kleine Menge einer Elektronen aufnehmenden Substanz wie etwa Iod, Arsen(V)-Fluorid und dergleichen oder eine Elektronen abgebende Substanz wie etwa Kalium, Natrium und dergleichen hinzugegeben.When such conductive polymers are used, it is preferable to add a small amount of an electron-accepting substance such as iodine, arsenic (V) fluoride and the like or an electron-donating substance such as potassium, sodium and the like to increase the conductivity.
Im Zusammenhang mit dem Beschichtungsverfahren kann ein leitfähiges Polymer bei Vorhandensein von kurzen Verstärkungsfasern durch polymerisierende Monomere gebildet sein.In connection with the coating process, a conductive polymer can be formed by polymerizing monomers in the presence of short reinforcing fibers.
Zur näheren Erläuterung, das leitfähige Polymer wird, wenn es Polypyrrol ist und die kurzen Verstärkungsfasern Nylon sind, beispielsweise gebildet, indem die Fasern in eine wässerige Lösung von Ferrichlorid-(6)Hydrat (FeCl&sub3;-6H&sub2;O) gegeben werden, die Lösung umgerührt wird, um die Fasern zu verteilen, eine wässerige Lösung von Pyrrol hinzugegeben wird, die Lösung für mehrere Stunden umgerührt wird, um eine konjugierte Bindung zu ermöglichen, und die Fasern über ein Filter herausgenommen, in Wasser und Methanol gewaschen und zuletzt vakuumgetrocknet werden. Im Ergebnis können mit Polypyrrol beschichtete kurze NylonfasernTo explain in more detail, when the conductive polymer is polypyrrole and the short reinforcing fibers are nylon, for example, it is formed by putting the fibers in an aqueous solution of ferric chloride (6) hydrate (FeCl₃-6H₂O), stirring the solution to disperse the fibers, adding an aqueous solution of pyrrole, stirring the solution for several hours to allow conjugated bonding, and taking out the fibers through a filter, washing them in water and methanol, and finally vacuum drying them. As a result, polypyrrole-coated nylon short fibers can be
Wenn die leitfähige Substanz ein Metallsalz ist können andererseits verschiedene Metallisierungsverfahren wie etwa das Elektroplattieren und das Aufdampfen im Vakuum angewendet werden.On the other hand, if the conductive substance is a metal salt, various metallization processes such as electroplating and vacuum evaporation can be applied.
Die Menge der leitfähigen Substanz für die Beschichtung wird im Bereich von höchstens 1 Gewichtsteil bezogen auf 100 Gewichtsteile von kurzen Verstärkungsfasern festgelegt. Die Dicke der Beschichtung beträgt etwa 0,02 bis etwa 0,1 mm.The amount of the conductive substance for the coating is set in the range of maximum 1 part by weight based on 100 parts by weight of short reinforcing fibers. The thickness of the coating is about 0.02 to about 0.1 mm.
Die oben erwähnte Gummi-Grundmischung enthält als Gummi Dien- Kautschuk wie etwa Naturkautschuk (NR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Butadien-Kautschuk (BR), Isopren-Kautschuk (IR) und dergleichen oder eine Kombination aus diesen.The rubber base compound mentioned above contains as rubber diene rubber such as natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR) and the like or a combination of these.
Wenn SBR verwendet werden soll, ist S-SBR vorzuziehen. Ferner wird die Verwendung von S-SBR, dessen Einfriertemperatur höchstens -50ºC beträgt, stärker bevorzugt, um den Rollwiderstand zu verkleinern.If SBR is to be used, S-SBR is preferable. Furthermore, the use of S-SBR, whose glass transition temperature is -50ºC or less, is more preferred to reduce rolling resistance.
Ferner können der Gummi-Grundmischung herkömmliche Zusätze wie beispielsweise Gummiverstärkungsmittel, Schwefel, Alterungsschutzmittel und dergleichen beigemengt werden.Furthermore, conventional additives such as rubber reinforcing agents, sulfur, anti-aging agents and the like can be added to the rubber base mixture.
Als Gummiverstärkungsmittel wird vorzugsweise Silika verwendet, da es einen geringen Hystereseverlust aufweist, was zu einer Senkung des Rollwiderstands beiträgt. Der Silikagehalt kann 0 bis 100 Gewichtsteile und vorzugsweise 0 bis 70 Gewichtsteile betragen.Silica is preferably used as the rubber reinforcing agent because it has a low hysteresis loss, which contributes to reducing rolling resistance. The silica content may be 0 to 100 parts by weight, and preferably 0 to 70 parts by weight.
Als Silika wird wegen der Gummiverstärkungswirkung und wegen der Verarbeitungseigenschaften des Gummis vorzugsweise kolloidale Silika verwendet, deren relative Stickstoffadsorptionsfläche (BET) im Bereich von 150 bis 250 m²/g liegt und deren Dibutylphatlat-(DBP)-Ölabsorption mindestens etwa 180 ml/100 g ist.As silica, colloidal silica is preferably used because of the rubber reinforcing effect and the processing properties of the rubber, the relative nitrogen adsorption area (BET) of which is in the range of 150 to 250 m²/g and the dibutyl phthalate (DBP) oil absorption of which is at least about 180 ml/100 g.
Um den Hystereseverlust zu minimieren, enthält die leitfähige Gummimischung 10 vorzugsweise keinen Ruß. Jedoch ist eine Verwendung von Ruß möglich. Als Ruß kann Ofenruß (SAP, ISAF und HAF), Acetylenruß und Kesselruß verwendet werden.In order to minimize the hysteresis loss, the conductive rubber compound 10 preferably does not contain any carbon black. However, the use of carbon black is possible. Furnace black (SAP, ISAF and HAF), acetylene black and boiler black can be used as carbon black.
Der Rußgehalt beträgt 0 bis 45 Gewichtsteile. Wenn der Rußgehalt mehr als 45 Gewichtsteile beträgt, nehmen der Hystereseverlust und der Rollwiderstand zu. Ferner nimmt der spezifische elektrische Widerstand durch den Kohlenstoff völlig ab, weshalb es nicht erforderlich ist, kurze leitfähige Fasern hinzuzugeben.The carbon black content is 0 to 45 parts by weight. If the carbon black content is more than 45 parts by weight, the hysteresis loss and rolling resistance increase. Furthermore, the electrical resistivity is completely reduced by the carbon, so it is not necessary to add short conductive fibers.
Anstelle von Silika und Ruß können die kurzen Fasern zur Gummiverstärkung verwendet werden. In diesem Fall nimmt der Hystereseverlust weiter ab, während ein minimaler Rollwiderstand erhalten wird. Jedoch ist es, wie oben erläutert wurde, vorzuziehen, den Gehalt an kurzen Fasern auf höchstens 30 Gewichtsteile zu begrenzen.Instead of silica and carbon black, the short fibers can be used for rubber reinforcement. In this case, the hysteresis loss decreases further while a minimum rolling resistance is obtained. However, as explained above, it is preferable to limit the content of short fibers to 30 parts by weight or less.
Demgemäß berühren sich die kurzen leitfähigen Fasern gegenseitig, wodurch der Gummimischung 10 die für einen Reifen geforderte gute Leitfähigkeit verliehen wird. Ferner kann die geforderte Leitfähigkeit erhalten werden, indem eine minimale Menge einer leitfähigen Substanz verwendet wird, wobei diese Menge im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem die leitfähige Substanz dem Basisgummi direkt hinzugegeben wird, stark reduziert ist.Accordingly, the short conductive fibers contact each other, thereby imparting to the rubber compound 10 the good conductivity required for a tire. Furthermore, the required conductivity can be obtained by using a minimum amount of a conductive substance, which amount is greatly reduced compared to a method in which the conductive substance is directly added to the base rubber.
Der Seitenwandgummi und der Wulstgummi, die die Seitenwandabschnitte 3 und die Wulstabschnitte 4 bilden, sind aus einer leitfähigen Gummimischung hergestellt, die einen Volumenwiderstand von höchstens 1 · 10&sup8; Ω cm aufweist. Diese Leitfähigkeit wird jedoch nach einem herkömmlichen Verfahren durch Ruß geschaffen.The sidewall rubber and the bead rubber constituting the sidewall portions 3 and the bead portions 4 are made of a conductive rubber compound having a volume resistivity of at most 1 x 10⁸ Ω cm. However, this conductivity is provided by carbon black according to a conventional method.
Der spezifische elektrische Widerstand des Reifens zwischen der Lauffläche und der Felge sollte kleiner als 1 · 10&sup8; Ω cm sein. Ferner sollten auch nach einer Laufstrecke von 1000 km vorzugsweise weniger als 1 · 10&sup9; Ω cm beibehalten werden.The specific electrical resistance of the tire between the tread and the rim should be less than 1 x 10⁻Ω cm. Furthermore, even after a running distance of 1000 km, it should preferably be maintained at less than 1 x 10⁻Ω cm.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einem Radial-Luftreifen für Personenkraftwagen entspricht.Fig. 2 shows an embodiment of the present invention corresponding to a radial pneumatic tire for passenger cars.
Die Karkasse 6 ist aus zwei Kordlagen zusammengesetzt, die radial in einem Winkel von 75º bis 90º in Bezug auf den Reifenäquator C angeordnet sind. Jede Lage ist von der axial inneren Seite zur Außenseite des Reifens um die Wulstkerne 5 hochgeschlagen, um ein Paar Hochschlagabschnitte und einen Hauptabschnitt dazwischen zu bilden.The carcass 6 is composed of two cord plies arranged radially at an angle of 75º to 90º with respect to the tire equator C. Each ply is turned up from the axially inner side to the outer side of the tire around the bead cores 5 to form a pair of turn-up portions and a main portion therebetween.
Der Gürtel 7 ist aus zwei Kreuzlagen von parallelen Korden zusammengesetzt, die in einem Winkel von höchstens 30º, in diesem Beispiel etwa 24º, in Bezug auf den Reifenäquator C ausgerichtet sind.The belt 7 is composed of two cross layers of parallel cords oriented at an angle of not more than 30º, in this example approximately 24º, with respect to the tire equator C.
In dieser Ausführungsform besteht der Laufstreifengummi 9, der an der radial äußeren Seite des Gürtels 7 angeordnet ist, ausschließlich aus der leitfähigen Gummimischung 10.In this embodiment, the tread rubber 9, which is arranged on the radially outer side of the belt 7, consists exclusively of the conductive rubber compound 10.
Verschiedene Gummimischungen wurden unter Veränderung des Gehalts an kurzen leitfähigen Fasern, Silika, Ruß und dergleichen, wie in der Tabelle 1 gezeigt ist, hergestellt, wobei die verschiedenen Eigenschaften gemessen wurden. Ferner wurden unter Verwendung dieser Mischungen als Laufstreifengummi Testreifen hergestellt und der spezifische elektrische Widerstand gemessen.Various rubber compounds were prepared by changing the content of short conductive fibers, silica, carbon black and the like as shown in Table 1, and the various properties were measured. Furthermore, using these compounds Test tires were manufactured as tread rubber and the specific electrical resistance was measured.
Das Herstellungsverfahren für die Gummimischungen war folgendes.The manufacturing process for the rubber compounds was as follows.
Zuerst wurden die in der Tabelle 1 gezeigten Dien-Kautschukmaterialien für 4 Minuten in einem Banbury-Mischer bei etwa 150ºC vermischt.First, the diene rubber materials shown in Table 1 were mixed in a Banbury mixer at about 150°C for 4 minutes.
Danach wurden diese Gummimischung und 1,0 Gewichtsteile Schwefel sowie 1,5 Gewichtsteile eines Vulkanisationsbeschleunigers bei 80ºC für etwa 4 Minuten durch biaxiale Druckwalzen weiter vermischt.Then, this rubber mixture and 1.0 parts by weight of sulfur and 1.5 parts by weight of a vulcanization accelerator were further mixed at 80°C for about 4 minutes by biaxial pressure rollers.
Diese Mischung wurde als Roh-Laufstreifengummi verwendet, um einen Rohreifen aufzubauen, und außerdem bei 170ºC für 10 Minuten vulkanisiert, um Proben für die Messung des Volumenwiderstands, der Verschleißfestigkeit und der Verlustziffer herzustellen.This mixture was used as raw tread rubber to build a green tire and was also vulcanized at 170ºC for 10 minutes to prepare samples for measuring volume resistivity, wear resistance and loss coefficient.
Verlustfaktorprüfung: Der Verlustfaktor oder die Verlustziffer jeder der Gummimischungen wurde mit einem Viskoelastizitätsspektrometer bei folgenden Bedingungen gemessen: dynamische Verformung 2,0%, Frequenz 10 Hz, Temperatur 60ºC. In der Tabelle 1 sind die Kehrwerte der Messwerte gezeigt, wobei ein auf Ref. 1 gleich 100 basierender Index verwendet wurde. Je größer der Wert ist, desto kleiner, d. h. besser, ist die Verlustziffer.Loss Factor Test: The loss factor or loss coefficient of each of the rubber compounds was measured using a viscoelastic spectrometer under the following conditions: dynamic deformation 2.0%, frequency 10 Hz, temperature 60ºC. Table 1 shows the reciprocals of the measured values using an index based on Ref. 1 equal to 100. The larger the value, the smaller, i.e. better, the loss coefficient.
Verschleißfestigkeitsprüfung: Das Ausmaß des Verschleißes jeder Gummimischung wurde mittels eines Lanbone-Verschleißprüfgeräts bei folgenden Bedingungen gemessen: Oberflächen-Umdrehungsgeschwindigkeit 50 m/min. Last 1,5 kgf. Schlupfrate 30% und 50% und Sandausstoß 15 g/min. In der Tabelle 1 ist der Mittelwert zweier Ergebnisse bei zwei Schlupfraten durch einen auf Ref. 1 gleich 100 basierenden Index angegeben. Je größer der Wert ist, desto höher ist die Verschleißfestigkeit.Wear resistance test: The extent of wear of each rubber compound was measured using a Lanbone wear tester under the following conditions: surface rotation speed 50 m/min. load 1.5 kgf. slip rate 30% and 50% and sand discharge 15 g/min. Table 1 shows the average of two results at two Slip rates are indicated by an index based on Ref. 1 equal to 100. The larger the value, the higher the wear resistance.
Volumenwiderstandsprüfung: Der Volumenwiderstand wurde anhand eines Prüflings von 15 cm · 15 cm · 2 mm bei folgenden Bedingungen gemessen: angelegte Spannung 500 V, Temperatur 25ºC, Feuchtigkeit 50%. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.Volume resistivity test: The volume resistivity was measured using a test piece of 15 cm x 15 cm x 2 mm under the following conditions: applied voltage 500 V, temperature 25ºC, humidity 50%. The results are shown in Table 1.
Prüfung des spezifischen elektrischen Widerstands des Reifens: Zur Herstellung eines 175/70R13-Reifens wurde der Roh-Laufstreifengummi auf eine Roh-Reifenhülle aufgebracht, um einen Rohreifen zu bilden, der danach für 10 Minuten bei 170ºC vulkanisiert wurde. Der spezifische elektrische Widerstand des Reifens wurde nach dem deutschen Verfahren WDK, Blatt 3 gemessen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wurde der auf eine Standardfelge R montierte und auf einen Druck von 20 kpa gefüllte Reifen 1 auf einer Stahlplatte 31 angeordnet, die von einem Tisch 30 galvanisch isoliert war. Danach wurde eine Last von 450 kg auf den Reifen aufgebracht. Bei diesen Bedingungen wurde mittels eines Ohmmeters 32 der elektrische Widerstand zwischen der Felge R und der Stahlplatte 31 gemessen. Die angelegte Spannung betrug 500 V, die Temperatur 25ºC und die Feuchtigkeit 50%. Tabelle 1 Tyre electrical resistivity test: To manufacture a 175/70R13 tyre, the green tread rubber was applied to a green tyre casing to form a green tyre, which was then vulcanised at 170ºC for 10 minutes. The tyre electrical resistivity was measured according to the German method WDK, Sheet 3. As shown in Fig. 3, the tyre 1 mounted on a standard rim R and filled to a pressure of 20 kPa was placed on a steel plate 31 which was galvanically insulated from a table 30. Thereafter, a load of 450 kg was applied to the tyre. Under these conditions, the electrical resistance between the rim R and the steel plate 31 was measured by means of an ohmmeter 32. The applied voltage was 500 V, the temperature was 25ºC and the humidity was 50%. Table 1
*) logarithmische Angabe*) logarithmic indication
Leitfähige kurze Fasern A:Conductive short fibers A:
Fasern: Nylonfasern, L = 800 um, D = 16 umFibers: Nylon fibers, L = 800 um, D = 16 um
Leitfähige Substanz: PolypyrrolharzConductive substance: polypyrrole resin
Leitfähige kurze Fasern B:Conductive short fibers B:
Fasern: Nylonfasern, L = 400-600 um, D = 16 umFibers: Nylon fibers, L = 400-600 um, D = 16 um
Leitfähige Substanz: PolypyrrolharzConductive substance: polypyrrole resin
Der Vergleich von Ref. 1 bis 3 und Ex. 1 bis 5 zeigte, dass der Volumenwiderstand mit zunehmendem Gehalt an leitfähigen kurzen Fasern abnahm. Wenn der Gehalt kleiner als 2 Gewichtsteile war, war die Abnahmerate des Widerstands jedoch klein. Wenn der Gehalt andererseits 30 Gewichtsteile überschritt, war die Abnahmerate der Verschleißfestigkeit unerwünscht groß.Comparison of Ref. 1 to 3 and Ex. 1 to 5 showed that the volume resistivity decreased with increasing content of conductive short fibers. However, when the content was less than 2 parts by weight, the rate of decrease of the resistivity was small. On the other hand, when the content exceeded 30 parts by weight, the rate of decrease of the wear resistance was undesirably large.
Der Vergleich von Ex.3 und Ex.6 zeigte, dass auch eine Veränderung des Silikagehalts nicht auf eine Abnahme des Widerstands hinwirkte.The comparison of Ex.3 and Ex.6 showed that even a change in the silica content did not lead to a decrease in the resistance.
Der Vergleich von Ex.3 und Ex.7 zeigte, dass der Widerstand umso mehr abnimmt, je mehr leitfähige kurze Fasern vorhanden sind.The comparison of Ex.3 and Ex.7 showed that the resistance decreases more the more conductive short fibers are present.
Der Vergleich von Ref.4 bis 6 und Ex.8 bis 9 zeigte, dass der spezifische elektrische Widerstand durch die zusätzliche Wirkung des Rußes effektiv verkleinert wird.The comparison of Ref.4 to 6 and Ex.8 to 9 showed that the specific electrical resistance is effectively reduced by the additional effect of the soot.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der Reifen ein Radial-Luftreifen für Personenkraftwagen. Die Karkasse 6 und der Gürtel 7 besitzen dieselben Strukturen wie in der oben erwähnten ersten Ausführungsform. Der Laufstreifengummi 9 ist jedoch verändert. Die oben erwähnte leitfähige Gummimischung 10 wird zum Teil verwendet.Fig. 4 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the tire is a pneumatic radial tire for passenger cars. The carcass 6 and the belt 7 have the same structures as in the above-mentioned first embodiment. However, the tread rubber 9 is changed. The above-mentioned conductive rubber compound 10 is partially used.
Der Laufstreifengummi 9 umfasst einen leitfähigen Abschnitt, der aus der leitfähigen Gummimischung 10 hergestellt ist, und einen Hauptabschnitt, der aus einer anderen Gummimischung 11 hergestellt ist.The tread rubber 9 comprises a conductive portion made of the conductive rubber compound 10 and a main portion made of another rubber compound 11.
Der Hauptabschnitt 11 ist an der radial äußeren Seite des Gürtels 7 angeordnet, wobei diese den größten Teil der Lauffläche 2S bildet. Der leitfähige Abschnitt 10 erstreckt sich von der radial äußeren Fläche des Gürtels 7 über den Hauptabschnitt 11 zur Lauffläche 2S, so dass sein radial äußeres Ende einen Teil der Lauffläche 2S bildet.The main portion 11 is arranged on the radially outer side of the belt 7, which forms the largest part of the tread 2S. The conductive portion 10 extends from the radially outer surface of the belt 7 across the main portion 11 to the tread 2S, so that its radially outer end forms part of the tread 2S.
Die Gummimischung für den Hauptabschnitt 1 ist ein Gummi, der so beschaffen ist, dass dem Rollwiderstand, der Verschleißfestigkeit und der Wirksamkeit bei Nässe mehr Gewicht als der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit beigemessen wird. In diesem Beispiel wird ein nichtleitender Gummi verwendet, der zusammengesetzt ist aus: 100 Gewichtsteilen einer Kautschukbasis, 30 bis 100, vorzugsweise 40 bis 70 und stärker bevorzugt 40 bis 60 Gewichtsteilen Silika und höchstens 30, vorzugsweise höchstens 10 und am stärksten bevorzugt im Wesentlichen 0 Gewichts teilen Ruß.The rubber compound for main section 1 is a rubber that is designed to provide the best rolling resistance, wear resistance and Wet performance is given more weight than electrical conductivity. In this example, a non-conductive rubber is used which is composed of: 100 parts by weight of a rubber base, 30 to 100, preferably 40 to 70 and more preferably 40 to 60 parts by weight of silica and at most 30, preferably at most 10 and most preferably substantially 0 parts by weight of carbon black.
Als Kautschukbasis kann Dien-Kautschuk wie etwa Naturkautschuk (NR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Isopren-Kautschuk (IR), Butadien- Kautschuk (BR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und Chloropren- Kautschuk (CR) oder eine Kombination aus diesen verwendet werden. Insbesondere werden vorzugsweise NR, IR, BR und SBR verwendet.As the rubber base, diene rubber such as natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) and chloroprene rubber (CR) or a combination of these can be used. In particular, NR, IR, BR and SBR are preferably used.
Ferner können verschiedene Zusätze wie etwa Schwefel, Vulkanisationsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Weichmacher, Alterungsschutzmittel, Silan-Haftvermittler und dergleichen beigemengt werden.Furthermore, various additives such as sulfur, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, plasticizers, age inhibitors, silane coupling agents and the like can be added.
Als Silan-Haftvermittler können vorteilhaft Bis(trietxylylpropyl)tetrasulfid und alpha-Mercaptpropyltrimetoxysilan verwendet werden.Bis(triethoxypropyl)tetrasulfide and alpha-mercaptpropyltrimethoxysilane can be used advantageously as silane coupling agents.
Deshalb kann der Volumenwiderstand dieses Gummis mehr als 1 · 10&sup8; Ω cm betragen.Therefore, the volume resistivity of this rubber can be more than 1 · 10⁻² Ω cm.
Außerdem kann diese Mischung als Gummi-Grundmischung (die oben erwähnt wurde) für die leitfähige Gummimischung 10 verwendet werden.In addition, this compound can be used as a rubber base compound (mentioned above) for the conductive rubber compound 10.
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Beispiel des leitfähigen Abschnitts 10. In diesem Beispiel besitzt der Hauptabschnitt des leitfähigen Abschnitts 10, der sich vom radial äußeren Ende bis in die Nähe des inneren Endes er streckt, eine im Wesentlichen konstante Breite Wt, jedoch erweitert sich der radial innerhalb des Hauptabschnitts liegende Wurzelabschnitt allmählich in Richtung der radial inneren Seite, um die Kontaktfläche mit dem Gürtel 7 zu vergrößern und außerdem die Spannungskonzentration zu verhindern. In seinem Querschnitt kann die Kontur des Wurzelabschnitts teilweise einen Kreis beschreiben. Die radiale Höhe H2 des Wurzelabschnitts beträgt höchstens 20% der Gesamthöhe H1 des leitfähigen Abschnitts 10, während die maximal Breite Wmax etwa das 1,2- bis 5fache der Breite Wt des Hauptabschnitts beträgt.Figs. 4 and 5 show an example of the conductive portion 10. In this example, the main portion of the conductive portion 10, which extends from the radially outer end to the vicinity of the inner end, has stretches, a substantially constant width Wt, however, the root portion located radially inside the main portion gradually widens toward the radially inner side to increase the contact area with the belt 7 and also prevent stress concentration. In its cross section, the contour of the root portion may partially describe a circle. The radial height H2 of the root portion is at most 20% of the total height H1 of the conductive portion 10, while the maximum width Wmax is about 1.2 to 5 times the width Wt of the main portion.
Dieser leitfähige Abschnitt 10 erstreckt sich kontinuierlich in der Umfangsrichtung des Reifens und ist im mittleren Reifenbereich, beispielsweise am Reifenäquator, angeordnet.This conductive section 10 extends continuously in the circumferential direction of the tire and is arranged in the middle tire region, for example at the tire equator.
Im Laufstreifenabschnitt sind in Umfangsrichtung und in einem Abstand vom leitfähigen Abschnitt 10 Rillen G vorgesehen. Jedoch können axiale Rillen Y den leitfähigen Abschnitt 10 durchkreuzen. Mit kontinuierlichem Verlauf des oben erwähnten leitfähigen Abschnitts 10 in Umfangsrichtung ist gemeint, dass er im unteren Laufstreifenabschnitt stofflich zusammenhängend ist. Ferner kann dieser leitfähige Abschnitt 10 an zwei oder mehr axialen Positionen gebildet sein.Grooves G are provided in the tread portion in the circumferential direction and at a distance from the conductive portion 10. However, axial grooves Y may cross the conductive portion 10. The continuous circumferential extension of the above-mentioned conductive portion 10 means that it is materially continuous in the lower tread portion. Furthermore, this conductive portion 10 may be formed at two or more axial positions.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen Abwandlungen der Querschnittsform des leitfähigen Abschnitts 10.Figs. 6, 7 and 8 show modifications of the cross-sectional shape of the conductive section 10.
In Fig. 6 nimmt die axiale Breite von innen nach außen allmählich ab.In Fig. 6, the axial width gradually decreases from the inside to the outside.
In Fig. 7 nimmt die axiale Breite von der Mitte aus sowohl nach innen als auch nach außen allmählich zu, so dass ein in der Breite schmaler Abschnitt 13 gebildet ist.In Fig. 7, the axial width gradually increases from the center both inwardly and outwardly, so that a narrow-width portion 13 is formed.
Die minimale Breite Wmin liegt vorzugsweise im Bereich des 1,0- bis 0,4fachen der maximalen Breite Wmax am inneren Ende.The minimum width Wmin is preferably in the range of 1.0 to 0.4 times the maximum width Wmax at the inner end.
In Fig. 8 nimmt die axiale Breite von innen nach außen allmählich zu.In Fig. 8, the axial width gradually increases from the inside to the outside.
Wie in Fig. 7 durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, kann die Breite ferner von einem mittleren breiten Abschnitt 14 aus nach innen und nach außen abnehmen.Furthermore, as shown by a dashed line in Fig. 7, the width may decrease inwardly and outwardly from a central wide portion 14.
Das Volumen V1 des leitfähigen Abschnitts 10 beträgt 2 bis 20% des Gesamtvolumens V0 des Laufstreifengummis 9, wobei es möglich ist, einen Hochleistungsreifen vorzusehen, der wegen des leitfähigen Abschnitts eine gute Leitfähigkeit und wegen des Hauptabschnitts aus der Silika-Grundmischung eine Verschleißfestigkeit, einen Rollwiderstand und Eigenschaften bei Nässe, die ausgezeichnet sind, aufweist. Wenn das V1/V0-Verhältnis über 20% liegt, verschlechtern sich die Verschleißfestigkeit, der Rollwiderstand und die Eigenschaften bei Nässe. Wenn es unter 2% liegt, wird die spezifische elektrische Leitfähigkeit ungenügend.The volume V1 of the conductive portion 10 is 2 to 20% of the total volume V0 of the tread rubber 9, whereby it is possible to provide a high-performance tire having good conductivity due to the conductive portion and having excellent wear resistance, rolling resistance and wet properties due to the main portion made of the silica base compound. If the V1/V0 ratio is over 20%, the wear resistance, rolling resistance and wet properties deteriorate. If it is under 2%, the specific electrical conductivity becomes insufficient.
In der gleichen Weise, wie oben erläutert wurde, wurden Prüflinge und Testreifen der Größe 175/70R13 hergestellt und der Volumenwiderstand der Mischung sowie der spezifische elektrische Widerstand, der Rollwiderstand und die Eigenschaften bei Nässe des Reifens gemessen.In the same manner as explained above, test specimens and test tires of size 175/70R13 were prepared and the volume resistivity of the compound as well as the electrical resistivity, rolling resistance and wet properties of the tire were measured.
Volumenwiderstandsprüfung: Der Volumenwiderstand wurde wie oben erwähnt gemessen. Ein Wert von höchstens 12 ist zu bevorzugen.Volume resistivity test: The volume resistivity was measured as mentioned above. A value of 12 or less is preferable.
Rollwiderstandsprüfung: Der Testreifen wurde auf eine Standardfelge R montiert und auf einen Druck von 200 kpa gefüllt. Der Rollwiderstand wurde bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h und einer Reifenlast von 345 kg mit einem Prüfgerät gemessen. In der Tabelle 2 sind die Ergebnisse durch einen auf Ref.1 gleich 100 basierenden Index angegeben. Je größer der Index ist, desto besser ist der Rollwiderstand.Rolling resistance test: The test tire was mounted on a standard R rim and inflated to a pressure of 200 kpa. The rolling resistance was measured at a speed of 80 km/h and a tire load of 345 kg using a tester. In Table 2, the results are indicated by an index based on Ref.1 equal to 100. The larger the index, the better the rolling resistance.
Verschleißfestigkeitsprüfung: Ein Personenkraftwagen, der mit auf einer Standardfelge R montierten und auf 200 kpa gefüllten Testreifen versehen war, wurde über eine Strecke von 30.000 km auf Schnellstraßen und Autobahnen gefahren; die Tiefe der Profilrillen wurde gemessen. Die Ergebnisse sind durch einen auf Ref.1 gleich 100 basierenden Index angegeben. Je größer der Index ist, desto besser ist die Verschleißfestigkeit.Wear resistance test: A passenger car equipped with test tires mounted on a standard R rim and inflated to 200 kpa was driven on expressways and highways for 30,000 km and the depth of the tread grooves was measured. The results are indicated by an index based on Ref.1 equal to 100. The larger the index, the better the wear resistance.
Nässe-Vorzugswert-Prüfung: Der Testwagen wurde auf einer nassen mit Platten belegten Teststrecke mit einem sehr kleinen Reibungskoeffizienten im Kreis gefahren, wobei die kritische Kurvengeschwindigkeit gemessen wurde. In der Tabelle 2 sind die Ergebnisse durch einen auf Ref.1 gleich 100 basierenden Index angegeben. Je größer der Index ist, desto besser sind die Eigenschaften bei Nässe.Wet Preferential Value Test: The test car was driven in circles on a wet slab track with a very low coefficient of friction, measuring the critical cornering speed. In Table 2, the results are given by an index based on Ref.1 equal to 100. The larger the index, the better the wet properties.
Prüfung des spezifischen elektrischen Widerstands des Reifens: Der spezifische elektrische Widerstand des Testreifens wurde wie oben erläutert gemessen. Ein Wert von höchstens 8 ist zu bevorzugen. Tabelle 2 Tyre resistivity test: The test tyre's resistivity was measured as described above. A value of 8 or less is preferable. Table 2
*1) logarithmische Angabe*1) logarithmic indication
Leitfähige kurze Fasern A:Conductive short fibers A:
Fasern: Nylonfasern, L = 50 um, D = 16 umFibers: Nylon fibers, L = 50 um, D = 16 um
Leitfähige Substanz: PolypyrrolharzConductive substance: polypyrrole resin
Leitfähige kurze Fasern B:Conductive short fibers B:
Fasern: ZellstoffFibres: Pulp
Leitfähige Substanz: PolyanilinharzConductive substance: polyaniline resin
Die Tabelle 2 zeigt, dass dann, wenn die leitfähige Gummimischung 2 bis 30 Gewichtsteile von leitfähigen kurzen Fasern enthalten, die spezifische elektrische Leitfähigkeit, der Rollwiderstand, die Verschleißfestigkeit und die Eigenschaften bei Nässe in einer wohlausgewogenen Weise auf ein hohes Niveau verbessert werden können, wenn das Volumenverhältnis V1/V0 auf den Bereich zwischen 2 bis 20% festgelegt wird.Table 2 shows that when the conductive rubber compound contains 2 to 30 parts by weight of conductive short fibers, the specific electrical conductivity, rolling resistance, wear resistance and wet properties can be adjusted in a well-balanced manner to a high level if the volume ratio V1/V0 is set to the range between 2 to 20%.
Wie oben erläutert wurde, ist der Reifen in dieser Ausführungsform, in der der Laufstreifengummi funktionell verschiedene Mischungen umfasst, hinsichtlich der Leitfähigkeit, der Verschleißfestigkeit, des Rollwiderstands und der Eigenschaften bei Nässe effektiv verbessert.As explained above, in this embodiment in which the tread rubber comprises functionally different compounds, the tire is effectively improved in conductivity, wear resistance, rolling resistance and wet properties.
Fig. 9 zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der Reifen 1 ebenfalls ein Radialreifen für Personenkraftwagen mit einem relativ niedrigen Aspektverhältnis.Fig. 9 shows yet another embodiment of the present invention. In this embodiment, the tire 1 is also a radial tire for passenger cars with a relatively low aspect ratio.
In diesem Beispiel umfasst die Karkasse 6 eine Kordlage, die radial in einem Winkel von 75º bis 90º in Bezug auf den Reifenäquator C angeordnet ist und um die Wulstkerne in den Wulstabschnitten hochgeschlagen ist, um ein Paar Hochschlagabschnitte 6b und einen Hauptabschnitt 6a dazwischen zu bilden.In this example, the carcass 6 comprises a cord ply arranged radially at an angle of 75º to 90º with respect to the tire equator C and turned up around the bead cores in the bead portions to form a pair of turn-up portions 6b and a main portion 6a therebetween.
Der Gürtel 7 umfasst zwei sich radial innen und außen überkreuzende Lagen, deren Korde in Winkeln von 15º bis 40º in Bezug auf den Reifenäquator C ausgerichtet sind. In diesem Beispiel werden als Gürtelkorde Stahlkorde verwendet, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu schaffen.The belt 7 comprises two radially intersecting layers on the inside and outside, the cords of which are oriented at angles of 15º to 40º with respect to the tire equator C. In this example, steel cords are used as belt cords in order to provide good electrical conductivity.
In dieser Ausführungsform wird die leitfähige Gummimischung 10 teilweise verwendet.In this embodiment, the conductive rubber compound 10 is partially used.
Der Laufstreifengummi 9 umfasst einen Basislaufstreifenabschnitt 10 und einen Decklaufstreifenabschnitt 11.The tread rubber 9 comprises a base tread portion 10 and a cap tread portion 11.
Der Basislaufstreifenabschnitt 10 ist an der radial äußeren Seite des Gürtels 7 angeordnet und aus der leitfähigen Gummimischung 10 gefertigt, so dass er einen Volumenwiderstand von höchstens etwa 1 · 10&sup8; Ω cm aufweist. Die Breite des Basislaufstreifenabschnitts 10 ist im Wesentlichen gleich der Breite des Gürtels 7. Seine Dicke ist über die gesamte Breite im Wesentlichen konstant.The base tread portion 10 is arranged on the radially outer side of the belt 7 and is made of the conductive rubber compound 10 so that it has a volume resistivity of at most about 1 x 108 Ω cm. The width of the base tread portion 10 is substantially equal to the width of the belt 7. Its thickness is substantially constant over the entire width.
Der Decklaufstreifenabschnitt 11 ist radial außerhalb des Basislaufstreifenabschnitts angeordnet, so dass sie den größten Teil der Lauffläche 2S definiert. Seine Breite ist im Wesentlichen gleich jener des Basislaufstreifenabschnitts 10.The cap tread portion 11 is arranged radially outward of the base tread portion so as to define most of the tread 2S. Its width is substantially equal to that of the base tread portion 10.
Um den Rollwiderstand zu verkleinern, ist der Decklaufstreifenabschnitt 11 aus derselben Mischung wie der Hauptabschnitt des Laufstreifengummis in der zweiten Ausführungsform gefertigt. Das heißt, dass eine hauptsächlich durch Silika verstärkte Mischung verwendet wird. Der Rußgehalt beträgt vorzugsweise etwa 3 bis 20 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des Dien-Kautschuks, um die Anforderungen für den Decklaufstreifenabschnitt 11 hinsichtlich der Elastizität, der Härte, der Wärmeerzeugung und dergleichen zu erfüllen. Wenn der Rußgehalt 20 Gewichtsteile überschreitet, nimmt die ausgezeichnete Wirkung von Silika hinsichtlich des niedrigen Rollwiderstands ab, weshalb der Gummi leicht an Geschmeidigkeit verliert. Wie oben erwähnt wurde, liegt die Obergrenze des Silikagehalts bei 100 Gewichtsteilen. Wenn er 100 Gewichtsteile überschreitet, ist es schwierig, den Rußgehalt auf den bevorzugten Bereich zu beschränken, wobei eine durch Fotooxidation bedingte Verschlechterung eintreten kann, die die Witterungsbeständigkeit herabsetzt. Somit ist der Decklaufstreifenabschnitt 11 ein nichtleitender Gummi, der einen Volumenwiderstand von über 1 · 10&sup8; Ω cm aufweist.In order to reduce the rolling resistance, the cap tread portion 11 is made of the same compound as the main portion of the tread rubber in the second embodiment. That is, a compound mainly reinforced by silica is used. The carbon black content is preferably about 3 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the diene rubber in order to meet the requirements for the cap tread portion 11 in terms of elasticity, hardness, heat generation and the like. If the carbon black content exceeds 20 parts by weight, the excellent effect of silica in low rolling resistance decreases, and therefore the rubber easily loses suppleness. As mentioned above, the upper limit of the silica content is 100 parts by weight. If it exceeds 100 parts by weight, it is difficult to limit the carbon black content to the preferred range, and deterioration due to photo-oxidation may occur, lowering the weather resistance. Thus, the cap tread portion 11 is a non-conductive rubber having a volume resistivity of over 1 x 108 Ω·cm.
Vorzugsweise wird das Verhältnis (h1/h2) der Dicke h1 des Decklaufstreifenabschnitts 11 zur Dicke h2 des Basislaufstreifenabschnitts 10 auf den Bereich zwischen 1,5 und 4,0 festgelegt.Preferably, the ratio (h1/h2) of the thickness h1 of the cap tread portion 11 to the thickness h2 of the base tread portion 10 is set to the range between 1.5 and 4.0.
Um die Elektrizität zur Erde abzuleiten, sind in der Bodenkontaktfläche 2S ein in Umfangsrichtung kontinuierlich verlaufender leitfähiger Abschnitt oder mehrere in Umfangsrichtung beabstandete leitfähige Abschnitte 12 vorgesehen.In order to conduct the electricity to the ground, a conductive section running continuously in the circumferential direction or a plurality of conductive sections 12 spaced apart in the circumferential direction are provided in the ground contact surface 2S.
Der leitfähige Abschnitt 12 erstreckt sich vom Basislaufstreifenabschnitt 10 zur Lauffläche 2S und durchdringt den Decklaufstreifenabschnitt 11.The conductive portion 12 extends from the base tread portion 10 to the tread 2S and penetrates the cover tread portion 11.
Der Basislaufstreifenabschnitt 10 sowie die leitfähigen Abschnitte 12 sind aus leitfähiger Gummimischung mit einem Volumenwiderstand von höchstens 1 · 10&sup8; Ω cm hergestellt.The base tread section 10 as well as the conductive sections 12 are made of conductive rubber compound with a volume resistivity of at most 1 x 10⁸ Ω cm.
In Fig. 9 ist der leitfähige Abschnitt 12 längs des Reifenäquators C angeordnet, so dass er den Boden während der Kurvenfahrt sowie beim Geradeauslauf mit einem ausreichenden Bodendruck kontaktieren kann. Jedoch ist es auch möglich, den leitfähigen Abschnitt 12 an zwei oder mehr axial beabstandeten Positionen, beispielsweise auf beiden Seiten des Reifenäquators C, zu bilden.In Fig. 9, the conductive portion 12 is arranged along the tire equator C so that it can contact the ground with sufficient ground pressure during cornering as well as during straight running. However, it is also possible to form the conductive portion 12 at two or more axially spaced positions, for example on both sides of the tire equator C.
In einer Alternative zu einem in Umfangsrichtung kontinuierlich verlaufenden leitfähigen Abschnitt 12 kann dieser in Form von unabhängigen Polen oder Spalten ausgebildet sein. In einem zum Laufstreifen parallelen Querschnitt kann die Querschnittsform als Kreis, Rechteck oder dergleichen ausgebildet sein. Solche unabhängige leitfähige Abschnitte können in Umfangsrichtung in einer Zeile oder in Zeilen angeordnet sein. Ferner ist auch eine vereinzelte Anordnung möglich. In jedem Fall sollte die Anordnung so sein, dass im Bodenkontaktfleck des Reifens stets ein oder mehre leitfähige Abschnitte erscheinen. Vorzugsweise ist die Ecke zwischen dem Basislaufstreifenabschnitt 10 und dem leitfähigen Abschnitt 12 an seinem radial inneren Ende 12b abgerundet, um eine Spannungskonzentration zu verhindern.As an alternative to a conductive section 12 running continuously in the circumferential direction, this can be designed in the form of independent poles or columns. In a cross-section parallel to the tread, the cross-sectional shape can be designed as a circle, rectangle or the like. Such independent conductive sections can be arranged in a row or in rows in the circumferential direction. Furthermore, an isolated arrangement is also possible. In any case, the Arrangement should be such that one or more conductive portions always appear in the ground contact patch of the tire. Preferably, the corner between the base tread portion 10 and the conductive portion 12 is rounded at its radially inner end 12b to prevent stress concentration.
Die axiale Breite Wt des leitfähigen Abschnitts 12 am äußeren Ende 12t oder die Lauffläche 2S wird vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 20,0 mm oder stärker bevorzugt zwischen 5 und 20 mm festgelegt. Wenn die Breite Wt weniger als 0,5 mm beträgt, wird der elektrische Kontaktwiderstand zur Straßenoberfläche unbeständig. Wenn die Breite Wt 20 mm überschreitet, kann der leitfähige Abschnitt 12 den Rollwiderstand und die Leistungseigenschaften bei Nässe des Decklaufstreifenabschnittes 11 herabsetzen.The axial width Wt of the conductive portion 12 at the outer end 12t or the tread 2S is preferably set in the range between 0.5 and 20.0 mm, or more preferably between 5 and 20 mm. If the width Wt is less than 0.5 mm, the electrical contact resistance to the road surface becomes unstable. If the width Wt exceeds 20 mm, the conductive portion 12 can reduce the rolling resistance and wet performance of the top tread portion 11.
Um Risse am inneren Ende 12b zu verhindern, ist der leitfähige Abschnitt 12 radial außerhalb des inneren Endes 12b mit einem in der Breite schmalen Abschnitt 13, der schmaler als das innere Ende 12b ist, versehen. Die minimale axiale Breite in dem in der Breite schmalen Abschnitt 13 liegt vorzugsweise im Bereich von 60 bis 80% der maximalen Breite Wb am inneren Ende.In order to prevent cracks at the inner end 12b, the conductive portion 12 is provided radially outside the inner end 12b with a narrow-width portion 13 that is narrower than the inner end 12b. The minimum axial width in the narrow-width portion 13 is preferably in the range of 60 to 80% of the maximum width Wb at the inner end.
In Fig. 10 ist der in der Breite schmale Abschnitt 13 am äußeren Ende 12t gebildet, wobei die Breite vom inneren Ende 12b zum äußeren Ende 12t allmählich abnimmt, so dass die Breite an der Lauffläche 25 minimal wird.In Fig. 10, the width-narrow portion 13 is formed at the outer end 12t, with the width gradually decreasing from the inner end 12b to the outer end 12t, so that the width at the tread 25 becomes minimal.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Beispiel des leitfähigen Abschnitts 12, bei dem der in der Breite schmale Abschnitt 13 in der Mitte der radialen Länge des leitfähigen Abschnitts 12 gebildet ist. Die Breite nimmt von dem in der Breite schmalen Abschnitt 13 aus sowohl zum äußeren Ende 12t als auch zum inneren Ende 12b hin zu, wobei das äußere Ende 12t und das innere Ende 12b im Wesentlichen die gleiche axiale Breite besitzen.Fig. 11 shows another example of the conductive portion 12, in which the width-narrow portion 13 is formed in the middle of the radial length of the conductive portion 12. The width decreases from the width shown in the Wide narrow portion 13 toward both the outer end 12t and the inner end 12b, the outer end 12t and the inner end 12b having substantially the same axial width.
Fig. 12 zeigt einen Querschnitt eines Streifens aus Roh-Laufstreifengummi. Die Rohgummimischungen für den Decklaufstreifenabschnitt, den Basislaufstreifenabschnitt und den leitfähigen Abschnitt wurden aus Spritzmundstücken eines Extruders extrudiert und als Roh-Laufstreifengummi zu einem Körper zusammengefügt. Ein solcher Streifen wurde in dünnen Lagen abgespaltet und um den Umfang des Reifens gewickelt, wobei die Enden in Umfangsrichtung verspleißt wurden. Somit sind im Laufstreifenabschnitt des Reifens 90% oder mehr leitfähige kurze Fasern in Umfangsrichtung des Reifens orientiert. Im Ergebnis besitzt der Basislaufstreifenabschnitt 10 einen richtungsabhängigen komplexen Elastizitätsmodul, derart, dass der komplexe Elastizitätsmodul E*c in der Umfangsrichtung des Reifens nicht kleiner als das 1,1fache des komplexen Elastizitätsmoduls E*a in der axialen Richtung des Reifens beträgt, wobei die Steifigkeit in Umfangsrichtung des Reifens erhöht werden kann, ohne den Fahrkomfort zu beeinträchtigen.Fig. 12 shows a cross section of a strip of raw tread rubber. The raw rubber compounds for the top tread portion, the base tread portion and the conductive portion were extruded from dies of an extruder and assembled into a body as raw tread rubber. Such a strip was split off in thin layers and wound around the circumference of the tire, with the ends spliced in the circumferential direction. Thus, in the tread portion of the tire, 90% or more conductive short fibers are oriented in the circumferential direction of the tire. As a result, the base tread portion 10 has a directional complex elastic modulus such that the complex elastic modulus E*c in the circumferential direction of the tire is not less than 1.1 times the complex elastic modulus E*a in the axial direction of the tire, whereby the rigidity in the circumferential direction of the tire can be increased without impairing the ride comfort.
In diesem Beispiel umfasst der Laufstreifengummi ferner Wing-Gummi 15, die an den axialen Enden des Decklaufstreifenabschnitts 11 und des Basislaufstreifenabschnitts 10 angeordnet sind.In this example, the tread rubber further comprises wing rubbers 15 arranged at the axial ends of the cap tread portion 11 and the base tread portion 10.
Der Rußgehalt der leitfähigen Gummimischung beträgt vorzugsweise höchstens 35 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile der Kautschukbasis. Wenn der Rußgehalt 35 Gewichtsteile überschreitet, neigt der Hystereseverlust dazu, anzusteigen.The carbon black content of the conductive rubber compound is preferably 35 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the rubber base. If the carbon black content exceeds 35 parts by weight, hysteresis loss tends to increase.
Ferner kann der Rußanteil, wenn der Gehalt an kurzen Fasern hoch genug ist, um auf die leitfähige Gummimischung eine zufrieden stellende Verstärkungswirkung auszuüben, im Wesentlichen auf null gesenkt werden, was zu einer weiteren Verbesserung des Rollwiderstands beiträgt.Furthermore, if the short fiber content is high enough to exert a satisfactory reinforcing effect on the conductive rubber compound, the carbon black content can be reduced substantially to zero, thus contributing to a further improvement in rolling resistance.
Wenn Silika gemeinsam mit den leitfähigen kurzen Fasern hinzugegeben wird, um den Hystereseverlust zu senken, ist der Silikagehalt vorzugsweise auf höchsten 10 Gewichtsteile begrenzt. Jedoch ist stärker zu bevorzugen, den Silikagehalt auf null zu senken.When silica is added together with the conductive short fibers to reduce the hysteresis loss, the silica content is preferably limited to 10 parts by weight or less. However, it is more preferable to reduce the silica content to zero.
In der leitfähigen Gummimischung und in der nichtleitenden Gummimischung ist der Ruß nicht auf eine spezifische Sorte von Ruß begrenzt, sondern es kann vorzugsweise Ruß, dessen Partikeldurchmesser höchsten 30 nm beträgt, d. h. Hartruß, verwendet werden.In the conductive rubber compound and the non-conductive rubber compound, the carbon black is not limited to a specific type of carbon black, but carbon black whose particle diameter is 30 nm or less, i.e. hard carbon black, can be preferably used.
In dieser Ausführungsform wurde der Decklaufstreifenabschnitt 11 durch Silika verstärkt, während der Basislaufstreifenabschnitt 10 durch leitfähige kurze Fasern und optional durch eine minimale Menge von Ruß verstärkt wurde. Deshalb sind die Hystereseverluste beider Gummi 10 und 11 gering. In diesem Fall kann durch weiteres Verkleinern der Verlustziffer sowohl des Decklaufstreifenabschnitts 11 als auch des Basislaufstreifenabschnitts 10 der Rollwiderstand unter Beibehaltung eines guten Fahrkomforts weiter gesenkt werden. Ein relatives Verkleinern beim Basislaufstreifenabschnitt 10 ist vorzuziehen, da dies die Wärmeerzeugung an der Innenseite des Reifens während des Fahrens verringert. Ein relatives Verkleinem beim Decklaufstreifenabschnitt 11 ist jedoch stärker vorzuziehen, da dieser Abschnitt zur Senkung des Rollwiderstands wirksamer beiträgt als der Basislaufstreifenabschnitt 10. In diesem Beispiel ist die Verlustziffer des Basislaufstreifenabschnitts 10 deshalb kleiner als jene des Decklaufstreifenabschnitts 11.In this embodiment, the cap tread portion 11 has been reinforced by silica, while the base tread portion 10 has been reinforced by conductive short fibers and optionally by a minimum amount of carbon black. Therefore, the hysteresis losses of both rubbers 10 and 11 are small. In this case, by further reducing the loss factor of both the cap tread portion 11 and the base tread portion 10, the rolling resistance can be further reduced while maintaining good ride comfort. Relative reduction in the base tread portion 10 is preferable because it reduces heat generation on the inside of the tire during driving. However, a relative reduction in the cover tread section 11 is more preferable since this section contributes more effectively to reducing the rolling resistance than the base tread section 10. In this example, the loss factor of the base tread section 10 is therefore smaller than that of the cover tread section 11.
In dieser Ausführungsform ist der breite leitfähige Basislaufstreifenabschnitt am radial inneren Ende des leitfähigen Abschnitts angeordnet und verläuft längs des Gürtels, wobei wenigstens die axialen Kanten des Basislaufstreifenabschnitts mit dem Seitenwandgummi und dem Wulstgummi elektrisch verbunden sind. Dementsprechend ist es nicht immer erforderlich, einen Stahlgürtel zu verwenden.In this embodiment, the wide conductive base tread portion is disposed at the radially inner end of the conductive portion and extends along the belt, with at least the axial edges of the base tread portion being electrically connected to the sidewall rubber and the bead rubber. Accordingly, it is not always necessary to use a steel belt.
Zu Testzwecken wurden Radial-Luftreifen (Größe: 205/65R15) mit der in Fig. 9 gezeigten Struktur unter Verwendung verschiedener Laufstreifen- Gummimischungen, die in der Tabelle 3 gezeigt sind, hergestellt und hinsichtlich des Rollwiderstands, des spezifischen elektrischen Widerstands und der Eigenschaften bei Nässe geprüft. Die Prüfergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt.For testing purposes, pneumatic radial tires (size: 205/65R15) having the structure shown in Fig. 9 were manufactured using various tread rubber compounds shown in Table 3 and tested for rolling resistance, electrical resistivity and wet properties. The test results are shown in Table 4.
Bei den Testreifen wurden die Wulstabschnitte und die Seitenwandabschnitte aus einer Gummimischung mit einem Volumenwiderstand von etwa 1 · 10&sup7; Ω cm gefertigt. Die Basislaufstreifenabschnitte 5 bis 8 wiesen das gleiche Verhältnis des komplexen Elastizitätsmoduls (E*c/E*a) von 1,1 auf.In the test tires, the bead portions and the sidewall portions were made of a rubber compound with a volume resistivity of about 1 x 107 Ω cm. The base tread portions 5 to 8 had the same ratio of the complex elastic modulus (E*c/E*a) of 1.1.
Es sei angemerkt, dass der komplexe Elastizitätsmodul E* und die Verlustziffer bei der vorliegenden Erfindung mit einem Viskoelastizitätsspektrometer bei den folgenden Bedingungen gemessen wurde: Temperatur 70ºC, Anfangsdehnung 10%, dynamische Verformung ±1%, Frequenz 10 Hz. Tabelle 3 Note that the complex elastic modulus E* and the loss coefficient in the present invention were measured by a viscoelastic spectrometer under the following conditions: temperature 70ºC, initial strain 10%, dynamic deformation ±1%, frequency 10 Hz. Table 3
*1) logarithmische Angabe*1) logarithmic indication
S-SBR: Styrol 15%, Vinyl 57%, nicht ölgestrecktS-SBR: Styrene 15%, Vinyl 57%, non-oil extended
BR: eis 98%BR: ice 98%
Silika: BET = 175 m²/g, DBP Ölabsorption = 210 ml/100 gSilica: BET = 175 m²/g, DBP oil absorption = 210 ml/100 g
Ruß A: Primärpartikeldurchmesser 16 nmSoot A: primary particle diameter 16 nm
Ruß B: Primärpartikeldurchmesser 28 nmSoot B: primary particle diameter 28 nm
Leitfähige Fasern 1: L = 800 um, D = 16 umConductive fibers 1: L = 800 um, D = 16 um
Leitfähige Fasern 2: L = 400-600 um, D = 16 um Tabelle 4 Conductive fibers 2: L = 400-600 um, D = 16 um Table 4
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